封裝基板的常見材料

封裝基板的常見材料主要包括以下幾種：

·         塑料封裝基板：導熱率低，可靠性差，不太適合對性能要求較高的應用。

·         金屬封裝基板：導熱系數高，但熱膨脹系數往往不匹配，價格也較高。

·         陶瓷封裝基板：

o    氧化鋁陶瓷基板：原料來源豐富，成本低，機械強度和硬度高，絕緣性能好，熱沖擊性能好，耐化學腐蝕，尺寸精度高，與金屬附著力好，是綜合性能較好的陶瓷基板材料，廣泛應用于電子工業，占陶瓷基板總量的 90%。

o    氮化鋁陶瓷基板：具有良好的導熱性、可靠的電絕緣性、低介電常數和介電損耗，與硅的熱膨脹系數相匹配，是新一代高集成度半導體基板和電子封裝的理想選擇材料，但核心原料氮化鋁粉的制備工藝復雜、能耗高、周期長、成本高。

o    氮化硅陶瓷基板：具有硬度大、強度高、熱膨脹系數小、抗氧化性好、熱腐蝕性能好、摩擦系數小等優良性能，與 Si、SiC、GaAs 等材料具有良好的匹配性，但介電性能較差，生產成本高。

o    碳化硅陶瓷基板：具有較高的熱導率，在高溫下可達 100w/(m·k)～400W/(m·k)，但介電常數太高，抗壓強度低，只適合低密度封裝。

o    氧化鈹陶瓷基板：熱導率高，在高溫、高頻下電性能好，耐熱性、耐熱沖擊性和化學穩定性好，但粉末具有毒性，生產成本高，限制了其生產和應用。

o    氮化硼陶瓷基板：可以以六方晶和立方晶兩種形式結晶。

·         剛性基板：

o    FR4：由玻璃纖維布浸漬在環氧樹脂中，然后經過熱壓和固化處理形成的復合材料，具有阻燃性好，機械強度高，電絕緣性能優，熱穩定性佳等特點。

o    BT：具有高的玻璃化轉變溫度，較低的熱膨脹系數與介電常數，良好的絕緣性等，是 BGA 封裝的標準基板材料，也可用于 CSP 封裝。

o    ABF：是一種應用于 CPU、GPU 等高端芯片封裝中的高剛性及高度耐用的材料，通常用于作為封裝基板的內層絕緣材料。

·         柔性基板：

o    PI（聚酰亞胺）

o    PEEK（聚醚醚酮）

o    PET（聚酯）

o    PDMS

封裝基板材料的特性

封裝基板材料的特性因材料種類而異：

·         氧化鋁陶瓷基板：電絕緣性能好，熱導率較高，熱沖擊性能良好，耐化學腐蝕，尺寸精度高，與金屬附著力好，但熱膨脹系數和介電常數相對較高。

·         氮化鋁陶瓷基板：導熱性出色，電絕緣性可靠，介電常數和介電損耗低，與硅的熱膨脹系數匹配良好，但制備成本高。

·         氮化硅陶瓷基板：硬度和強度高，熱膨脹系數小，抗氧化和熱腐蝕性能好，摩擦系數小，但介電性能較差，生產成本高。

·         碳化硅陶瓷基板：熱導率高，抗氧化性能好，但介電常數高，抗壓強度低。

·         氧化鈹陶瓷基板：熱導率高，在高溫高頻下電性能好，耐熱性等性能良好，但粉末有毒且生產成本高。

·         氮化硼陶瓷基板：具有不同的晶體結構，特性也有所不同。

·         FR4：阻燃性好，機械強度高，電絕緣性能優，熱穩定性佳。

·         BT：玻璃化轉變溫度高，熱膨脹系數和介電常數低，絕緣性好。

·         ABF：高剛性，耐用。

對于一般的封裝基板，如 Al2O3 陶瓷，其熱膨脹系數和介電常數相對 Si 單晶偏高，熱導率不夠高，不適合在高頻、大功率、超大規模集成電路中使用；SiC 陶瓷熱導率高，但介電常數高且介電強度低，只適于低密度封裝；AlN 材料介電性能優良、化學性能穩定，熱膨脹系數與硅較匹配，但熱導率有發展瓶頸。

而金剛石作為新型半導體封裝基板，熱導率高達 2200~2600W/(m.K)，熱膨脹系數約為 1.1×10-6/℃，在半導體、光學等方面具備其他封裝材料所達不到的優良特性。

封裝基板的作用

封裝基板主要起到以下作用：

·         為芯片提供電連接，實現芯片與外部電路的有效通信。

·         對芯片起到保護作用，防止外界環境對芯片造成損害，如物理沖擊、化學腐蝕等。

·         為芯片提供支撐，確保芯片在使用過程中的穩定性。

·         幫助芯片散熱，將芯片工作時產生的熱量有效地傳導出去，避免芯片因過熱而性能下降或損壞。

·         實現芯片的多引腳化，滿足復雜電路的連接需求。

·         縮小封裝產品的體積，提高集成度。

·         改善電性能，如降低信號干擾、提高傳輸速度等。

·         實現超高密度或多芯片的模塊化，便于系統的設計和組裝。

不同材料對封裝基板作用的影響

不同的封裝基板材料因其特性的差異，對封裝基板的作用產生不同的影響：

·         對于散熱性能，如氧化鋁陶瓷基板的熱導率相對較低，而氮化鋁、氮化硅、碳化硅等陶瓷基板的熱導率較高，能更有效地將芯片產生的熱量散發出去。

·         在電性能方面，材料的介電常數和介電損耗會影響信號傳輸的速度和質量，低介電常數和介電損耗的材料如氮化鋁更有利于高頻信號的傳輸。

·         熱膨脹系數的匹配程度也至關重要，若基板材料與芯片的熱膨脹系數不匹配，在溫度變化時會產生應力，可能導致芯片損壞或連接失效。例如，氮化鋁的熱膨脹系數與硅較為匹配，能減少熱應力的影響。

·         材料的機械強度和硬度會影響基板的支撐性能，如氮化硅陶瓷基板的硬度和強度高，能為芯片提供更穩固的支撐。

·         材料的成本和可加工性也會影響封裝基板的應用范圍和生產效率。

封裝基板材料和作用的最新研究進展

隨著電子封裝技術的不斷發展，封裝基板材料和作用也在不斷演進：

·         在材料方面，研究人員致力于開發更高性能、更低成本的封裝基板材料。例如，對陶瓷基板的研究集中在提高其導熱性能、降低生產成本和改善工藝；對有機基板材料的研究則注重提高其耐熱性、降低介電常數等性能。

·         在作用方面，封裝基板不僅要滿足傳統的電連接、保護、支撐和散熱等功能，還需要適應更高集成度、更小尺寸、更高頻率和更復雜的系統需求。例如，在 5G 通信、人工智能等領域，對封裝基板的信號傳輸速度、散熱效率和可靠性提出了更高的要求。

·         同時，新的封裝技術和工藝的出現，也推動了封裝基板材料和作用的創新。例如，系統級封裝（SIP）技術的發展，使得封裝基板需要具備更好的兼容性和多層互連能力。

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·         半導體封裝清洗劑W3210的產品特點：

·         1、PH 值呈中性，對鋁、銅、鎳、塑料、標簽等敏感材料上顯示出絕佳的材料兼容性。

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·         3、不含鹵素，材料環保；氣味清淡，使用液無閃點，使用安全，不需要額外的防爆措施。

·         4、由于 PH 中性，減輕污水處理難度。

·         半導體封裝清洗劑W3210的適用工藝：

·         W3210水基清洗劑適用于在線式或批量式噴淋清洗工藝，也可應用于超聲清洗工藝。

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·         W3210可以應用于不同類型的焊劑殘留的水基清洗劑。產品為濃縮液，清洗時可根據殘留物的清洗難易程度，用去離子水稀釋后再進行使用，安全環保使用方便，是電子精密清洗高端應用的理想之選。

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